KR20100110812A - 캐리어 헤드에 대한 작업편의 존재를 검출하는 방법 - Google Patents

Abstract

작업편(916)을 위한 캐리어 헤드는 화학 기계 평탄화/폴리싱 절차 동안 작업편(916)의 존재를 검출하도록 구성된 용량형 센서(900)를 포함한다. 이 센서 서브시스템은 웨이퍼(916) 비적재 상태, 웨이퍼(916) 적재 상태 및 웨이퍼(916)의 처리 동안 발생할 수 있는 다양한 처리도중 상태들을 검출할 수 있다. 이런 캐리어 헤드의 일 실시예는 본체와, 본체에 결합된 구조체와, 본체에 결합된 용량형 센서(900)를 포함한다. 구조체는 반도체 웨이퍼(916) 같은 작업편을 보유하도록 구성된다. 용량형 센서(900)는 캐리어 헤드에 대한 작업편 존재 상태를 나타내는 아날로그 출력을 발생시키도록 구성된다.

Description

캐리어 헤드에 대한 작업편의 존재를 검출하는 방법 {DETECTING THE PRESENCE OF A WORKPIECE RELATIVE TO A CARRIER HEAD}

관련 출원(들)에 대한 상호 참조

본 출원의 주제는 발명의 명칭이 작업편 평탄화/폴리싱을 위한 캐리어 헤드(Carrier Head for Workpiece Planarization/polishing)인 미국 특허 출원 제11/553,572호에 개시된 주제에 관한 것이다.

기술 분야

본 명세서에 설명된 주제의 실시예들은 일반적으로 작업편 처리에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명의 주제의 실시예들은 화학 기계 평탄화/폴리싱 시스템의 캐리어 헤드에서 반도체 웨이퍼 같은 작업편의 존재를 검출하는 것에 관한 것이다.

다양한 작업편들(예를 들어, 반도체 웨이퍼들, 광학 블랭크들, 메모리 디스크들 등)에 대해, 제조는 적어도 하나의 주 작업편 표면의 실질적 평탄화를 필요로 한다. 설명 및 이해의 용이성을 위해, 이하의 설명은 반도체 웨이퍼들에 속하는 예시적 실시예들에 중점을 둘 것이다. 그러나, 본 명세서에 설명된 캐리어 헤드는 반도체 웨이퍼들에 추가하여 매우 다양한 작업편들을 평탄화하기 위해 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "평탄화"는 그 가장 넓은 의미로 사용되며, 작업편의 표면을 매끄럽게 하거나(예를 들어, 불규칙적 형상 특징부들의 제거, 두께의 변경 등) 폴리싱하기 위해 사용될 수 있는 임의의 화학적 및/또는 기계적 프로세스를 포함한다.

화학 기계 평탄화(이하, 총체적으로 "CMP"라 지칭됨)라 공지된 바와 같은 화학 기계 폴리싱 기술은 반도체 웨이퍼들의 평탄화를 위해 널리 사용되어 왔다. CMP 프로세스들은 후속 제조(예를 들어, 포토레지스트 코팅, 패턴 형성 등)를 위해 작업편의 표면을 준비하기 위하여 웨이퍼의 주 표면(이하, 웨이퍼의 전방면이라 지칭됨)을 따라 실질적으로 매끄럽고 평탄한 면을 생성한다. CMP 동안, 미가공 웨이퍼가 캐리어 헤드로 전달되고, 캐리어 헤드는 그후 웨이퍼를 플래튼에 의해 지지되는 폴리싱면(예를 들어, 폴리시 패드)에 대해 가압한다. 폴리싱 슬러리가 웨이퍼의 전방면과 폴리시 패드 사이에 도입되고(예를 들어, 폴리시 패드를 통해 제공된 도관 및/또는 폴리시 패드 위에 위치된 분배기를 통해), 폴리시 패드와 웨이퍼 캐리어 사이의 상대 운동(예를 들어, 회전, 궤도 및/또는 선형)이 개시된다. 폴리시 패드의 기계적 마모(abrasion) 및 슬러리의 화학적 상호작용은 웨이퍼의 전방면을 따라 실질적으로 평탄한 형상을 생성한다.

한가지 공지된 유형의 캐리어 헤드는 일반적으로 CMP 프로세스 동안 작업편의 이면(즉, 폴리싱안된 표면)과 접촉하는 가요성 멤브레인(membrane) 또는 기낭(bladder)을 포함한다. 다수의 압력 챔버들 또는 플리넘들이 기낭 뒤에 제공되어 기낭의 작용면을 가로질러 다수의 환형 압력 영역들을 형성한다. 각 영역 내의 압력은 다양한 위치들에서 웨이퍼의 이면에 인가되는 힘을 변화시키도록 독립적으로 조정된다. 때때로, 웨이퍼가 캐리어 내에 부적절하게 위치되거나 기낭이 캐리어 헤드 내의 웨이퍼에 대한 흡입을 적절히 생성하지 못한다. 웨이퍼 또는 폴리싱 공구에 대한 손상을 방지하기 위해 폴리싱 프로세스의 시작 이전에 웨이퍼가 적절히 보유되었는지를 확인하는 것이 중요하다. 이에 관하여, 캐리어 헤드 내의 웨이퍼의 존재를 검출하기 위해 센서가 사용될 수 있다. 용량형 센서(웨이퍼 존재 검출을 위한)를 포함하는 캐리어 헤드는 미국 특허 제6,568,991호에 개시되어 있다.

미국 특허 제6,568,991호에 개시된 웨이퍼 검출 기술은 두 개의 웨이퍼 존재 상태들 즉, 웨이퍼 비적재 및 웨이퍼 적재 사이를 구별한다. 이 기술은 이들 두 가지 상태들을 검출하는데 실용적이고 효과적이다. 그러나, 이 기술은 파괴된 웨이퍼, 헐거운 웨이퍼, 웨이퍼 "버핑(burping)" 사이클의 시작 및 종료, 비정상적 처리 상태들, 웨이퍼 퍼징(purging) 등 같은 웨이퍼의 폴리싱 동안 발생할 수 있는 처리도중 상태들을 판정할 수는 없다. 또한, 이 기술에 의해 사용되는 용량형 센서는 기낭 상의 또는 그 부근의 물의 존재에 민감할 수 있다. 달리 말해서, 기낭 상의 웨이퍼의 막의 존재는 웨이퍼가 실제로 캐리어 헤드 상에 적재되지 않았음에도 불구하고 잘못된 웨이퍼 검출을 초래할 수 있다.

CMP 시스템을 위한 캐리어 헤드 및 관련 작동 방법들이 제공된다. 캐리어 헤드는 캐리어 헤드에 대한 작업편의 근접도를 검출하는 센서를 사용한다. 이 센서 서브시스템은 웨이퍼 비적재 상태에 대응하는 제1 출력 레벨과 웨이퍼 적재 상태에 대응하는 제2 웨이퍼 출력 레벨 사이의 범위로 연속적 아날로그 출력을 생성할 수 있다. 또한, 다양한 출력 레벨들 및/또는 특정 출력 신호 특성들이 분석되어 대응 처리도중 상태들을 검출할 수 있다.

상술한 바 및 다른 양태들은 작업편을 지지하기 위한 캐리어 헤드의 실시예에서 발견될 수 있다. 캐리어 헤드는 본체와, 본체에 결합된, 작업편을 보유하도록 구성된 구조체와, 본체에 결합된 용량형 센서를 포함한다. 용량형 센서는 캐리어 헤드에 대한 작업편 존재 상태를 나타내는 아날로그 출력을 생성하도록 구성된다. 이 상태는 작업편 비적재 상태, 작업편 적재 상태 및 적어도 하나의 작업편 처리도중 상태를 포함할 수 있다.

상술한 바 및 다른 양태들은 작업편을 위한 CMP 프로세스를 제어하기 위한 방법의 실시예에 의해 실시될 수 있다. 이 방법은 CMP 시스템의 캐리어 헤드에 대한 작업편의 근접도를 나타내는 작업편 존재 신호를 획득하는 단계와, 작업편 존재 신호의, 작업편의 CMP 처리 상태를 나타내는 속성을 식별하는 단계와, 속성에 의해 지정된 방식으로 CMP 시스템의 동작을 제어하는 단계를 포함한다.

상술한 바 및 다른 양태들은 작업편을 폴리싱하기 위한 폴리시 패드와, 평탄화 동안 폴리시 패드에 대하여 작업편을 보유하고 폴리시 패드로의 그리고 폴리시 패드로부터의 이송 동안 작업편을 보유하도록 구성된 캐리어 헤드와, 캐리어에 대한 작업편의 근접도를 나타내는 작업편 존재 신호를 발생시키도록 구성된 캐리어 헤드에 결합된 용량형 센서와, 용량형 센서에 결합된 처리 아키텍쳐를 구비하는 CMP 시스템의 실시예에서 발견될 수 있다. 처리 아키택쳐는 작업편 존재 신호를 수신하고, 작업편 존재 신호의 속성들에 관련된 CMP 프로세스를 검출하고, 검출된 CMP 프로세스 관련 속성들에 응답하여 CMP 시스템의 동작을 제어하도록 구성된다.

본 요약은 상세한 설명에서 추가로 후술되는 단순화된 형태의 개념들의 선택을 소개하기 위해 제공된 것이다. 본 요약은 청구된 주제의 핵심 특징들 또는 본질적 특징들을 나타내기 위한 것이 아니며, 청구된 주제의 범주의 결정을 돕기 위해 사용되는 것도 아니다.

유사 참조 번호들이 도면들 전반에 걸쳐 유사 요소들을 나타내고 있는 하기의 도면들과 연계하여 고려될 때 상세한 설명 및 청구범위를 참조로 더 완전한 주제의 이해가 얻어질 것이다.
도 1a는 궤도 CMP 시스템의 폴리싱 플래튼과 캐리어 헤드의 단순화된 단면도.
도 1b는 회전 CMP 시스템의 폴리싱 플래튼과 캐리어 헤드의 단순화된 단면도.
도 2는 캐리어 헤드의 일 실시예의 등각도.
도 3은 도 2에 도시된 캐리어 헤드의 단면도.
도 4는 도 2에 도시된 캐리어 헤드의 기낭의 등각 단면도.
도 5는 CMP 시스템과 함께 사용하기에 적합한 작업편 검출 시스템의 일 실 시예의 개략도.
도 6은 CMP 절차를 위한 검출 센서 출력 대 시간의 전형적 플롯을 도시하는 그래프.
도 7은 비적재 이전에 웨이퍼가 거의 소실되어 있는 동안의 CMP 절차를 위한 검출 센서 출력 대 시간의 전형적 플롯을 도시하는 그래프.
도 8은 폴리시 패드로부터 웨이퍼가 분리되는 동안의 CMP 절차를 위한 검출 센서 출력 대 시간의 전형적 플롯을 도시하는 그래프.
도 9는 웨이퍼가 파괴되는 동안의 CMP 절차를 위한 검출 센서 출력 대 시간의 전형적 플롯을 도시하는 그래프.
도 10은 CMP 절차를 제어하는 방법의 일 실시예를 예시하는 플로우 차트.
도 11은 CMP 시스템 내에 배치된 예시적 용량형 센서를 예시하는 개략적 회로도.

하기의 상세한 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이며, 주제의 실시예들 또는 이런 실시예들의 용례 및 용도들을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용될 때, 단어 "예시적"은 "예, 예증, 또는 예시로서 역할하는" 것을 의미한다. 예시로서 본 명세서에 설명된 임의의 구현예는 반드시 다른 구현예들 보다 양호하거나 유리한 것으로서 이해되는 것은 아니다. 또한, 전술한 기술 분야, 배경 기술, 발명의 요약 또는 하기의 상세한 설명에 제시된 어떠한 명시적 또는 암시적 이론에 한정하고자하는 의도도 없다.

기법들 및 기술들은 다양한 연산 구성요소들 또는 장치들에 의해 수행될 수 있는 동작들, 처리 테스크들 및 기능들의 개략적 표현을 참조하여, 기능 및/또는 논리 블록 구성요소들에 관련하여 본 명세서에서 설명될 수 있다. 이런 동작들, 테스크들 및 기능들은 때때로 컴퓨터-실행형, 컴퓨터화된, 소프트웨어-구현형 또는 컴퓨터-구현형이라 지칭된다. 실시시, 하나 이상의 프로세서 장치들은 시스템 메모리 내의 메모리 위치들의 데이터 비트들을 나타내는 전기 신호들을 조작함으로써, 그리고, 신호들의 다른 처리에 의해 설명된 동작들, 테스크들 및 기능들을 수행할 수 있다. 데이터 비트들이 유지되는 메모리 위치들은 데이터 비트들에 대응하는 특정 전기, 자기, 광학 또는 유기 특성들을 갖는 물리적 위치들이다. 도면들에 도시된 다양한 블록 구성요소들은 특정 기능들을 수행하도록 구성된 임의의 수의 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어 구성요소들에 의해 실현될 수 있다. 예로서, 시스템 또는 구성요소의 일 실시예는 다양한 집적 회로 구성요소들, 예를 들어, 메모리 소자들, 디지털 신호 처리 소자들, 논리 소자들, 참조 테이블들 등을 사용할 수 있으며, 이들은 하나 이상의 마이크로프로세서들 또는 다른 제어 장치들의 제어 하에 다양한 기능들을 수행할 수 있다.

하기의 설명은 요소들 또는 노드들 또는 특징부들이 함께 "연결되거나" 또는 "결합되는" 것으로 언급할 수 있다. 본 명세서에서 사용시, 달리 명시적으로 언급하지 않은 한, "연결된"은 하나의 소자/노드/특징부가 다른 소자/노드/특징부에 직접적으로 결합(또는 직접적으로 통신)하는 것을 의미하며, 반드시 기계적일 필요는 없다. 유사하게, 달리 명시적으로 언급되지 않은 한, "결합된"은 하나의 소자/노드/특징부가 다른 소자/노드/특징부에 직접적으로 또는 간접적으로 결합(또는 직접적으로 또는 간접적으로 통신)되는 것을 의미하며, 반드시 기계적일 필요는 없다.

부가적으로, 하기의 설명에서 단지 참조의 목적으로 특정 용어가 사용될 수 있으며, 따라서, 이들은 제한을 목적으로 하지 않는다. 예로서, "상부", "하부", "위" 및 "아래"는 참조되고 있는 도면 내에서의 방향을 지칭한다. "전방", "후방", "뒤", "측면", "외부" 및 "내부"는 설명중인 구성요소를 설명하는 관련 도면 및 문맥을 참조로 명확해지는, 일정한, 그러나, 임의적인 기준 프레임 내에서 구성요소의 부분들의 배향 및/또는 위치를 설명한다. 이런 용어는 특정하게 상술된 단어들, 그 파생어들 및 유사한 의미의 단어들을 포함할 수 있다. 유사하게, 구조들을 언급하는 용어 "제1", "제2" 및 기타 이런 수치적 용어들은 문맥상 명시적으로 나타나지 않은 한 순서나 차례를 의미하지 않는다.

간결성을 위해, 반도체 웨이퍼 처리, 화학 기계 평탄화/폴리싱, 용량형 센서들 및 시스템들(그리고, 시스템들의 개별 동작 구성요소들)의 기타 기능적 양태들에 관련된 종래의 기술들은 본 명세서에 상세히 설명되지 않을 수 있다.

본 명세서에 설명된 캐리어 헤드 및 작업편 검출 기법 및 기술들은 반도체 웨이퍼들을 처리하는 CMP 시스템과 함께 사용하기에 적합하다. 적절한 CMP 시스템들은 미국 특허 제7,229,339호, 미국 특허 제6,568,991호 및 발명의 명칭이 "작업편 평탄화/폴리싱을 위한 캐리어 헤드"인 미국 특허 출원 제11/533,572호에 개시되어 있다(이들 문헌들의 관련 내용은 본 명세서에 참조로 통합되어 있다). 간략히, CMP 시스템은 플래튼 상에 위치된 폴리시 패드로, 그리고, 폴리시 패드로부터 웨이퍼들을 전달하기 위해 하나 이상의 캐리어 헤드들을 사용한다. 캐리어 헤드는 또한 CMP 절차의 폴리싱/평탄화 부분 동안 폴리시 패드에 대해 웨이퍼를 보유하기 위해 사용된다. CMP 시스템들 및 그 동작들은 여기에 상세히 설명하지 않는다.

도 1a는 궤도 CMP 시스템의 폴리싱 플래튼(22) 및 캐리어 헤드(20)의 개략 단면도이고, 도 1b는 회전 CMP 시스템의 폴리싱 플래튼(102) 및 캐리어 헤드(100)의 개략 단면도이다. 폴리싱 플래튼(22/102)은 폴리시 패드(24/104) 같은 폴리싱 요소 또는 표면을 지지한다. 캐리어 헤드(20/100)는 일반적으로, 본체(26/106)와 폴리싱 동안 웨이퍼(30/110)를 보유하는 보유 링(28/108)을 포함한다. 캐리어 헤드(20/100)는 평탄화 동안 폴리시 패드(24/104)에 대해 웨이퍼(30/110)를 보유하면서 폴리시 패드(24/104)로의 및 폴리시 패드(24/104)로부터의 이송 동안 웨이퍼(30/110)를 보유하는 구조체를 포함한다. 도 1b의 CMP 시스템은 또한 폴리시 패드(104)의 상단면에 폴리싱 유체를 공급하기 위해 슬러리 분배 장치를 포함한다. 캐리어 헤드(20/100)는 웨이퍼(30/110)를 회전, 궤도운동 및/또는 병진시키도록, 그리고, 웨이퍼(30/110)를 보유하도록 적절히 구성된다. 부가적으로, 캐리어 헤드(20/100)는 CMP 프로세스 동안 폴리시 패드(24/104)에 대해 웨이퍼(30/110)를 밀도록 구성된다.

궤도 CMP 시스템에 대해, 폴리싱 플래튼(22)은 일반적으로 궤도 방식으로 폴리시 패드(24)를 이동시키도록 구성되고, 캐리어 헤드(20)는 (도 1a에 도시된 바와 같이) 축(34) 둘레에서 웨이퍼(30)를 회전시킨다. 회전 CMP 시스템에 대하여, 폴리싱 플래튼(102)은 (도 1b에 도시된 바와 같이) 일반적으로 그 축 둘레에서의 회전을 통해 폴리시 패드(104)를 이동시키도록 구성된다. 일반적으로, 캐리어 헤드(20/100)도 회전하고, 동시에 폴리싱 플래튼(22/102) 및 폴리시 패드(24/104)가 이동한다. 일 예시적 실시예에 따라서, 캐리어 헤드(20/100)는 폴리싱 프로세스 동안 회전 및 병진 방향 양자 모두로 웨이퍼(30/100)를 이동시킨다. 다른 실시예에 따라서, 캐리어 헤드(20/100)는 축 둘레로 궤도 운동한다.

비록, 도 1a 또는 도 1b에 별도로 도시되어 있지 않지만, 캐리어 헤드(20/100)의 실시예는 본체(26/106)에 결합된 작업편 검출 센서를 포함할 수 있다. 도 2(캐리어 헤드(200)의 일 실시예의 등각도인)는 캐리어 헤드(200)를 위한 작업편 검출 센서(202)를 도시한다. 도 3은 캐리어 헤드(200)의 단면도이다.

캐리어 헤드(200)는 대체로 형상이 디스크 형상일 수 있으며, 상부면(204), 하부면(206) 및 환형 림 부분(208)을 포함한다. 하부면(206)의 외부 환형부는 보유 링(210)(마모 링이라고도 지칭됨)에 의해 형성된다. 보유 링(210)은 가요성 기낭(211)(도 2의 도면에서는 가려져있음)을 둘러싸고, 폴리시 패드를 예비응력부여 또는 예비압축하여 폴리싱 동안 작업편의 선단 에지를 보호한다. 캐리어 헤드(200)의 본체/하우징은 기낭(211)과 협력하여 복수(예를 들어, 6개)의 압력 챔버들 또는 플리넘들을 형성한다. 이들 플리넘들 각각 내의 압력은 웨이퍼의 후방면에 대해 기낭에 의해 인가되는 압력을 변경하기 위해 독립적으로 조작될 수 있다. 복수의 공압 피팅들(212)은 플리넘들이 외부 압력 소스와 유체 결합될 수 있게 한다(예를 들어, 가요성 커넥터 배관을 통해). 각각의 피팅(fitting;212)은 서로 다른 압력 플리넘과 연계된다. 예시된 실시예에서, 캐리어 헤드(200)는 6개 기낭 플리넘들에 대응하는 6개 피팅들(212)과 보유 링 플리넘에 대응하는 7번째 공압 피팅(214)을 포함한다. 공압 피팅들(212, 214)에 추가로, 캐리어 헤드(200)는 복수의 공압 피팅들(216)을 구비하며, 이들은 복수(예를 들어, 3개)의 배출 기구가 외부 압력 소스에 유체 결합될 수 있게 한다.

상술한 바와 같이, 캐리어 헤드(200)는 또한 작업편 검출 센서(202)를 구비하며, 이는 도 3에 도시된 바와 같이, 캐리어 헤드(200)의 중앙부에 배치된다. 작업편 검출 센서(202)는 작업편 검출 센서(202)에 의해 발생된 출력 신호들을 획득, 감시, 분석, 해석 및/또는 기타 처리하도록 적절히 구성된 작업편 검출 서브시스템(도 2 또는 도 3에는 미도시)에 작동식으로 결합될 수 있다. 이에 관하여, 캐리어 헤드(200)는 작업편 검출 센서(202)에 의해 사용될 전기 신호들을 전도하도록 구성된 도관(218), 케이블, 커넥터 또는 기타 요소를 포함할 수 있다.

이 실시예에서, 작업편 검출 센서(202)는 용량형 센서의 형태를 취한다. 용량형 센서는 일반적으로 공지된 원리들에 따라 동작한다. 특히, 전기적 여기 신호가 용량형 소자의 전기장이 분배될 때 변하는 가변적 커패시턴스를 갖는 용량형 소자에 인가된다. 본 특정 용례에 관하여, 용량형 센서 부근의 웨이퍼의 존재에 의해 전기장의 교란이 유발된다. 웨이퍼(또는 기타 절연성 대상물)가 용량형 센서 부근에 위치되어 있지 않은 경우, 이때, 용량형 소자에 의해 발생된 전기장은 분배되지 않으며, 커패시턴스는 비교적 높아지게 된다. 다른 한편, 웨이퍼(또는 기타 절연성 대상물)가 용량형 센서에 매우 근접하여 존재하는 경우, 이때, 전기장은 영향을 받고, 커패시턴스는 낮아질 것이다. 실시시, 작업편 검출 센서(202)는 용량형 소자의 커패시턴스를 (실시간으로 또는 실질적 실시간으로) 측정하고 변하는 커패시턴스에 응답하여 아날로그 신호를 발생시키는 적절히 구성된 수신기/프로세서 구성요소와 협력한다. 따라서, 작업편 검출 센서(202)는 캐리어 헤드(200)에 대한 작업편 존재 상태를 나타내는 아날로그 출력을 발생시킬 수 있다. 예로서, 작업편 검출 센서(202)는 작업편 비적재 상태, 작업편 적재 상태 및 적어도 하나의 작업편 처리도중 상태를 나타내는 아날로그 출력을 발생시키며, 여기서, "처리도중" 상태는 작업편의 적재와 비적재 사이에 발생하는 상태를 지칭한다. 작업편 검출 센서(202)에 의해 발생된 아날로그 출력은 또한 본 명세서에서 "작업편 존재 신호"라 지칭될 수도 있다. 이하에 보다 상세히 설명된 방식으로 감시, 처리 및/또는 분석될 수 있는 이 작업편 존재 신호는 캐리어 헤드(200)에 대한 작업편의 근접도를 나타낸다.

특정 실시예들에서, 작업편 검출 센서(202)는 센서(202)와 작업편 사이의 거리에 따라 변하는 크기를 갖는 출력 전압을 발생시킨다. 센서(202)는 작업편 비적재 상태에 대응하는 제1 전압과 작업편 적재 상태에 대응하는 제2 전압 사이의 연속적 범위의 출력 전압들을 발생시킬 수 있다. 달리 말해서, 적재 및 비적재 상태는 센서(202)의 출력 범위를 나타낼 수 있고, 상이한 처리도중 상태들은 이 출력 범위 내에 드는 구별가능한 전압들 및/또는 작업편 존재 신호 속성들을 초래할 수 있다. 다른 시스템 실시예들에서, 센서(202)의 검출된 또는 측정된 출력 범위 한계들은 "작업편 적재" 및 "작업편 비적재" 이외의 상태들에 대응할 수 있다.

특히, 작업편 검출 센서(202)는 단지 두 개의 검출 상태들(작업편 적재 또는 비적재)에만 한정되지 않으며, 센서(202)는 CMP 절차의 상태들 및 상이한 동작 상태들을 나타내는 출력값들의 범위를 발생시킬 수 있다. 또한, 캐리어 헤드(200)의 예시적 실시예들은 물의 존재(및/또는 폴리싱 슬러리 같은 다른 유체들)에 둔감해지도록 적절히 구성된 용량형 센서를 사용한다. 따라서, 센서(202) 부근의 물의 층 또는 액체막은 잘못된 웨이퍼 검출을 초래하지 않는다. 결과적으로, 캐리어 헤드(200)는 물로 인한 잘못된 웨이퍼 검출들을 제거하기 위한 목적의 특징부들이나 세이프가드(safeguard)들을 포함할 필요가 없다. 예로서, 캐리어 헤드(200)는 측정 동안 센서(202)로부터 물 또는 기타 액체들의 거리를 벌리도록 그 기낭(211)을 팽창시킬 필요가 없다.

이 특정 실시예에 대해, 작업편 검출 센서(202)는 캐리어 헤드(200)의 본체의 중심에 또는 그 부근에 장착되며, 감지면은 기낭(211)을 향해 배향된다. 더 구체적으로, 기낭(211)은 도 3에 도시된 바와 같이 센서(202)를 덮는다. 기낭(211)의 한가지 비제한적 실시예가 기낭(211)의 등각 단면도인 도 4에 더 상세히 도시되어 있다. 실시시, 다른 기낭 유형들 및 다른 기낭(211)의 실시예들이 사용될 수 있다.

기낭(211)은 평탄화/폴리싱 동안 작업편(예를 들어, 반도체 웨이퍼)과 접촉하는 제1 작업면(232)과, 작업면(232)에 대향한 제2 표면(234)을 갖는 가요성 베이스 다이아프램(230)을 포함한다. 복수의 환형 리브(예를 들어 5개)가 표면(234)으로부터 연장하여 복수(예를 들어 5개)의 동심 압력 챔버들 또는 플리넘들을 부분적으로 형성한다. 기낭(211)의 중심으로부터 외부로 진행하면서, 리브들은 236, 238, 240, 242 및 244로 번호매김되어 있다. 유사하게, 플리넘들은 246, 248, 250, 252 및 254로 번호매김되어 있다. 플리넘(246)은 리브(236)에 의해 측방향으로 한정되며, 플리넘(248)은 리브들(236, 238)에 의해 , 플리넘(250)은 리브들(238, 240)에 의해, 플리넘(252)은 리브들(240, 242)에 의해, 그리고, 플리넘(254)은 리브들(242, 244)에 의해 측방향으로 한정된다.

기낭(211)은 다이아프램(230)의 외주를 따라 배치된 부가적 리브(256)를 포함한다는 것을 주의하여야 한다. 리브(256)는 기낭(211)의 상부 외주 에지로부터 기낭(211)의 하부 외주 에지로 연장한다. 리브(256)의 내부면은 리브(244)의 외부 환형면에 결합되고(예를 들어, 일체형으로), 리브(256)의 단부 부분은 다이아프램(230)의 외주 에지에 결합된다. 도 4에서 리브(256)의 구별을 돕기 위해, 점선들(258)이 리브(256)를 리브(244) 및 다이아프램(230)으로부터 분리하고 있다. 리브(256)는 리브(244)의 상부 부분과 협력하여 부가적 플리넘(260)을 부분적으로 형성한다. 리브(256)의 그 외주 배치에 의해 제시되는 바와 같이, 플리넘(260) 및 리브(256)는 평탄화/폴리싱 동안 다이아프램(230)의 외부 에지를 제어하기 위해 사용된다. 플리넘(260)은 리브(256)의 수직 변위를, 그리고, 이에 따른 CMP 처리 동안의 웨이퍼의 외부 에지를 따른 평탄화/폴리싱 특성들(예를 들어, 제거율)을 제어하기 위해 선택적으로 가압될 수 있다.

환형 리브는 다이아프램(230)과 일체로 형성될 수 있고, 각각 제1 및 제2 실질적 대향 단부 부분들을 갖는 수직 컬럼을 포함할 수 있다. 환형 리브들은 다이아프램(230)의 평면에 실질적으로 직교하게 배향되는 것이 바람직하다. 양호한 실시예들에서, 각 환형 리브는 제1 및 제2 단부 부분들 중간에 배치된 변형 경감 부재(예를 들어, 대체로 J-형상 단면을 갖는 환형 테두리)를 포함한다. 변형 경감 부재들은 환형 리브들의 더 큰 수직 변위들을 가능하게 하고, 결과적으로, 작업면(232)에 실질적으로 직교하는 더 큰 범위의 운동("더 긴 쓰로우(throw)"라고도 지칭됨)을 가능하게 한다. 그러나, 본 기술 분야의 숙련자는 임의의 또는 모든 변형 경감 부재들의 제공이 선택적인 것이며, 유사하게, 환형 리브들 각각은 캐리어 헤드(200)의 하우징에 대한 부착에 적합한 다양한 다른 형상들(예를 들어, 실질적 L-형상 단면을 갖는 환형 립)을 취할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

도 5는 CMP 시스템과 함께 사용하기에 적합한 작업편 검출 서브시스템(300)의 일 실시예의 개략도이다. 서브시스템(300)은 캐리어 헤드(302), 작업편 검출 센서(304), 증폭기(306) 및 처리 아키텍쳐(308)(CMP 시스템을 위한 제어기를 포함하거나 이로써 구현될 수 있음)을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 설명의 용이성을 위해, 도 5는 또한 캐리어 헤드(302)에 적재된 웨이퍼(310)를 도시한다. 또한, 도 5는 CMP 시스템의 감시 기능부(312)에 대응하는 블록과, CMP 시스템 동작 로직(314)에 대응하는 블록을 포함한다.

작업편 검출 서브시스템(300)은 캐리어 헤드(302)에 대한 웨이퍼(310)의 상태와 연계된 CMP 절차 상태들을 검출하도록 적절히 구성된다. 상술한 바와 같이, 멤브레인 또는 기낭(316)이 센서(304)와 웨이퍼(310) 사이에 위치될 수 있다. 기낭(316)은 폴리싱 프로세스 동안 웨이퍼(310)의 이면을 지지하기 위해 사용된다. 이 실시예에 대해, 용량형 센서(304)(예를 들어, 아날로그 용량형 센서)의 크기는 그 증폭기(306)를 원격 배치함으로써 감소될 수 있다. 여기서, 센서(304)는 센서(304)로부터 취득된 정보에 작용하는 처리 아키텍쳐(308)에 바람직하게 연결된다. 또한, 원격 센서 증폭기(306)는 캘리브레이션 절차들 동안 증폭기(306)에 대한 물리적 억세스를 향상시킨다. 증폭기(306)의 이득은 관련 소정 상태들 사이를 센서(304)가 쉽게 구별할 수 있을 때까지 캘리브레이션 동안 조정된다. 센서(304)와 처리 아키텍쳐(308) 사이의 통신 경로는 예로서, 전기 배선, 광섬유 또는 무선 라디오 기술을 사용할 수 있다.

처리 아키텍쳐(308)는 호스트 CMP 시스템의 주 처리 구성요소로서 실현될 수 있거나, 이는 작업편 검출 서브시스템(300) 전용인 별개의 처리 구성요소일 수 있다. 처리 아키텍쳐(308)는 센서(304)에 의해 발생된 작업편 존재 신호(또는 그 증폭되거나 변환된 형태)를 수신하고, 작업편 존재 신호의 CMP 절차 관련 속성들을 검출하도록 적절히 구성된다. 또한, 처리 아키텍쳐(308)는 검출된 CMP 절차 관련 속성들에 응답하여, CMP 시스템 동작 로직(314)을 사용하여 CMP 시스템의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 예로서, 처리 아키텍쳐(308)는 웨이퍼(310)가 적절히 적재되었는지(도 5에 도시된 바와 같이), 적재되지 않았는지, 부정확하게 적재되었는지 등을 검출하도록 작업편 존재 신호를 분석할 수 있다. 또한, 처리 아키텍쳐(308)는 CMP 절차 동안 비정상 동작 상태들을 검출하기 위해 작업편 존재 신호를 분석할 수 있다. 이런 비정상 동작 상태들은 부적절한 웨이퍼 적재, 폴리싱 절차 동안 폴리시 패드로부터 웨이퍼의 분리, 폴리시 패드로/로부터의 이송 동안 웨이퍼의 손실 또는 부분적 손실, 폴리싱 절차 동안의 웨이퍼 파괴 등을 포함할 수 있지만, 이들에 한정되지는 않는다.

본 명세서에서 사용될 때, 작업편 존재 신호의 "속성"은 작업편 존재 신호의 임의의 측정가능, 검출가능, 계산가능 또는 관찰가능 특징, 값, 경향, 구배, 특성, 파형, 형상 또는 패턴이다. 이런 속성들의 예들은 특정 전압 레벨, 국지적 또는 포괄적 최소값 또는 최대값, 신호의 급격한 상승 또는 하강, 신호의 상승 또는 하강 구배의 변화 등을 포함하지만 이들에 한정되지 않는다. 본 명세서에 설명된 시스템의 일 실시예는 파형 분석, 신호 처리, 평균화 및/또는 비교 기술들을 사용하여 관련 특정 속성들을 분석, 검출 및 식별할 수 있다.

도 6은 CMP 절차를 위한 검출 센서 출력 대 시간의 전형적 플롯을 도시하는 그래프이고, 도 7 내지 도 9는 작업편 존재 신호의 다양한 검출가능한 속성들을 부각시키는 그래프들이다. 더 구체적으로, 도 7은 비적재 이전 웨이퍼가 거의 소실된 CMP 절차에 대한 검출 센서 출력 대 시간의 전형적 플롯을 도시하는 그래프이며, 도 8은 폴리시 패드로부터 웨이퍼가 분리된 CMP 절차에 대한 검출 센서 출력 대 시간의 전형적 플롯을 도시하는 그래프이고, 도 9는 웨이퍼가 파괴된 CMP 절차에 대한 검출 센서 출력 대 시간의 전형적 플롯을 도시하는 그래프이다. 이들 그래프들은 CMP 제어 절차(400)의 일 실시예를 예시하는 플로우 차트인 도 10과 연계하여 더 상세히 설명될 것이다. 절차(400)와 연계하여 수행되는 다양한 테스크들은 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어 또는 임의의 그 조합에 의해 수행될 수 있다. 예시의 목적으로, 절차(400)에 대한 이하의 설명은 도 1 내지 도 3과 연계하여 상술한 요소들을 참조할 수 있다. 실시시, 절차(400)의 부분들은 상술한 시스템의 다양한 요소들, 예를 들어, 작업편 검출 센서, 처리 아키텍쳐 또는 다른 CMP 시스템 자체의 다른 구성요소에 의해 수행될 수 있다. 절차(400)는 임의의 수의 부가적 또는 대안적 테스크들을 포함할 수 있으며, 도 10에 도시된 테스크들은 예시된 순서로 수행될 필요는 없고, 절차(400)는 본 명세서에 설명되지 않은 부가적 기능을 갖는 더 포괄적인 절차 또는 프로세스에 통합될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

CMP 제어 절차(400)는 작업편 검출 센서를 초기화함으로써 시작될 수 있다(테스크 402). 이는 필요시 캘리브레이션과, 작업편 검출 센서를 위한 여기 신호의 발생 및 인가를 수반할 수 있다. 특히, 테스크(402)는 실제 CMP 루틴 이전에 수행될 수 있다. CMP 절차가 시작되고 나면(테스크 404), 절차(400)는 센서로부터 발생된 작업편 존재 신호를 획득한다(테스크 406). 상술한 바와 같이, 작업편 존재 신호는 CMP 시스템의 각각의 캐리어 헤드에 대한 작업편의 근접도를 나타낸다. 절차(400)는 이 작업편 존재 신호를 사용하여 CMP 절차를 감시할 수 있고(테스크 408) 및/또는 작업편 존재 신호의 하나 이상의 속성들을 식별할 수 있으며(테스크 410), 여기서, 이런 속성들은 작업편의 CMP 처리 상태를 나타낸다.

CMP 제어 절차(400)는 그후 작업편 존재 신호의 검출된 속성(들)에 의해 지시된 방식으로 CMP 시스템의 동작을 제어할 수 있다(테스크 412). 따라서, CMP 서브시스템은 테스크(410)의 결과들에 의존하여, 특정 방식으로 응답하도록 제어될 수 있다. 다수의 검출가능한 속성들 및 테스크(412)가 이런 속성들에 응답하는 방식은 도 6 내지 도 9를 참조로 후술될 것이다. CMP 절차가 종료되면(쿼리 테스크 414), 그후 절차(400)는 종료하거나, 이는 다른 웨이퍼에 대해 반복될 수 있다. CMP 절차가 종료되지 않은 경우, 그후, 절차(400)는 테스크(406) 같은 적절한 위치에서 재진입될 수 있다.

도 6을 참조하면, CMP 절차를 위한 통상적 작업편 존재 신호(500)(전압 대 시간의 형태)가 도시되어 있다. 이 플롯은 단지 하나의 대표적 출력이며, 작업편 존재 신호의 실제 형상 및 특성들은 작업편 간에, 그리고 시스템 간에 변할 수 있다. 본 예에서, 신호(500)는 약 3.17 볼트의 낮은 값과 약 9.6 볼트의 높은 값 사이의 범위에 있다. 절대 전압 값들은 센서 유형 및 제조자, 캐리어 내의 물리적 센서 위치, 기낭의 존재 또는 조성, 작업편 유형, 증폭기 존재 및 설정들과 다른 시스템 파라미터들을 포함하는 다수의 인자들에 의존한다. 낮은 값은 작업편 비적재 상태에 대응하며, 높은 값은 작업편 적재 상태에 대응한다. 도 6에 도시된 시간프레임은 하나의 CMP 사이클에 걸친 것이다.

상술한 바와 같이, 신호(500)의 특정 특성들, 속성들 및/또는 특징들이 CMP 시스템을 제어할 목적으로 분석 및 감시될 수 있다. 신호(500)의 좌측에서 시작하여, 비교적 안정한 낮은 전압 값은 웨이퍼 비적재 상태(502)를 나타낸다. 본 예에 대해, 약 3.17 볼트의 판독치는 어떠한 웨이퍼도 존재하지 않는다는 것을 나타낸다. 따라서, 시스템이 특정 캘리브레이팅된 임계 전압(예를 들어, 3.5 볼트)을 초과한 판독치를 얻는 경우, 이때, 이는 "웨이퍼 비적재" 상태가 참이 아니라는 결론을 내릴 수 있다. 반대로, 시스템인 특정 캘리브레이팅된 임계 전압(예를 들어, 3.2 볼트) 미만의 판독치를 얻을 경우, 이때 이는 "웨이퍼 비적재"가 참이라는 결론을 내릴 수 있다. 실시시, 경고 메시지들, 에러 메시지들, 처리 명령들 등을 발생시킬 목적으로 다수의 임계 값들이 사용될 수 있다.

신호(500)의 상향 상승은 캐리어 헤드 상으로의 웨이퍼의 적재에 의해 유발된다. 비교적 안정한 높은 전압값은 적절히 적재된 웨이퍼 상태(504)를 나타낸다. 본 예에서, 약 9.6 볼트의 판독치는 웨이퍼가 적절히 적재되었다는 것을 나타낸다. 따라서, 시스템이 특정 캘리브레이팅된 임계 전압(예를 들어, 8.0 볼트) 미만의 판독치를 얻을 때, 이때, 이는 "웨이퍼 적재"가 참이 아니라고 결론내릴 수 있다. 반대로, 시스템이 특정 캘리브레이팅된 임계 전압(예를 들어, 9.0 볼트)을 초과하는 판독치를 얻을 경우, 이때, 이는 "웨이퍼 적재"가 참이라는 결론을 얻을 수 있다. 실시시, 경고 메시지들, 에러 메시지들, 처리 명령들 등의 발생을 위해 다수의 임계 전압들이 사용될 수 있다.

도 6에 도시된 다른 검출가능한 속성은 웨이퍼가 적절히 적재되었다는 확인에 뒤이은 신호(500)의 미소한 감소이다. 이 미소한 감소는 캐리어 헤드가 폴리싱 플래튼을 향해 이동하고 웨이퍼가 폴리시 패드와 접촉할 때의 이동에 대응한다. 참조 번호 506은 이 접촉 시간을 나타낸다. 그 직후, CMP 시스템은 웨이퍼와 폴리시 패드 사이로부터 임의의 공기/가스를 배출하기 위한 "버핑"을 수행한다. 이 버핑 단계는 캐리어 헤드의 중심에서 시작하여 플리넘들을 순차적으로 가압함으로써 달성된다. 순차적으로, 신호(500)는 이런 버핑을 나타내는 속성들을 발생시킨다. 참조 번호 508은 버핑 절차를 나타낸다. 신호(500)는 이 시간 동안 미소하게 변하며(상승 경향을 가짐), 그 이유는 웨이퍼의 다양한 영역들이 순차적 방식으로 작업편 검출 센서로부터 이격 방향으로 추진되기 때문이다.

버핑 사이클에 후속한 신호(500)의 하향 강하는 폴리싱 프로세스 자체의 시작에 대응한다. 신호(500)는 캐리어 헤드가 그 기낭(즉, 독립적으로 가압할 수 있는 플리넘들)을 팽창시켜 폴리시 패드에 대해 웨이퍼를 가압하기 때문에 약 3.9 볼트로 떨어진다. 이 팽창은 웨이퍼가 작업편 검출 센서로부터 멀어지는 방향으로 이동하게 한다. 신호(500)가 비교적 3.9 볼트로 안정하게 존재하는 기간은 폴리싱 절차(510)를 나타낸다. 폴리싱 절차(510)의 종결시, CMP 시스템은 폴리시 패드로부터 웨이퍼를 헐겁게 하기 위해 웨이퍼 퍼지를 수행할 수 있다. 웨이퍼 퍼징은 폴리시 패드 내의 구멍들을 통해 물을 전달함으로써 달성될 수 있다. 대안적으로, 웨이퍼 퍼징은 적절한 도관을 사용하여 폴리시 패드의 표면에 물을 전달함으로써 달성될 수 있다. 웨이퍼 퍼징은 통상적으로 웨이퍼가 작업편 검출 센서를 향해 미소하게 이동하게 한다. 따라서, 신호(500)는 웨이퍼 퍼징의 시작시 약간 상승한다. 참조 번호 512는 웨이퍼 퍼징 절차를 나타낸다.

웨이퍼 퍼지에 후속한 신호(500)의 현저한 상승은 기낭을 수축시킴으로써 웨이퍼를 취득하는 캐리어 헤드에 대응한다. 달리 말해서, 웨이퍼는 그 적재 상태로 복귀된다. 캐리어 헤드는 통상적으로 이때 폴리싱 플래튼으로부터 멀어지는 방향으로 이동(예를 들어, 상승)된다. 이 웨이퍼 취득 상태는 참조 번호 514로 표시되어 있다. 그후, 신호(500)의 강하는 웨이퍼 비적재에 대응한다(참조 번호 516). 도 6에 도시된 바와 같이, CMP 절차의 종점에서의 웨이퍼 비적재(516)는 신호(500)를 낮은 전압 레벨(예를 들어 3.17 볼트)로 복귀시킨다.

도 6의 실시예에 의해 예시된 바와 같이, 작업편 존재 신호의 속성들 또는 특성들은 작업편 적재 상태, 작업편 비적재 상태 및/또는 특정 작업편 처리도중 상태를 결정하기 위해 분석될 수 있다. 이에 관하여, 작업편 처리도중 상태는 작업편 버핑 상태, 작업편 폴리싱 상태 또는 작업편 퍼지 상태일 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 작업편 검출 센서는 정상 동작 상태들 하에서 이들 서로 다른 상태들을 나타내는 특성들을 갖는 출력 신호를 발생시키도록 적절히 구성된다.

또한, 작업편 존재 신호는 CMP 절차 동안 발생할 수 있는 비정상 동작 조건들 또는 상태들을 검출하도록 사용될 수도 있다. 예로서, 캐리어 헤드가 작업편의 취득을 소실 또는 거의 소실하였을 때를 검출할 수 있다. 이에 관하여, 도 7은 웨이퍼가 비적재 이전에 거의 소실되는 CMP 절차를 위한 작업편 존재 신호(600)를 도시한다. 신호(600)의 특성들 및 특징들 중 다수는 신호(500)에 관련하여 상술되었다(도 6). 이런 공통적 특징들 및 특성들은 신호(600)에 대해서는 중복 설명되지 않을 것이다.

신호(600)는 웨이퍼 비적재 이전에 하향 스파이크(602)를 포함한다. 이 스파이크(602)는 웨이퍼의 전체 취득이 일시적으로 소실되었다는 것을 나타낸다. 그러나, 웨이퍼는 비적재 이전에 재취득된다. 이 유형의 하향 스파이크가 웨이퍼가 정상적으로 적재되었을 것으로 예상될 때의 기간 중에 검출되면, 이때, 시스템은 교정 작용을 수행할 수 있다. 예로서, 시스템은 웨이퍼 재취득 루틴을 개시할 수 있거나, 이는 웨이퍼를 폴리싱 플래튼을 향해 이동시킬 수 있다. 따라서, 도 7은 작업편 존재 신호의 속성들이 작업편 소실 경보 상태를 나타내고, 처리 명령을 트리거하는 상황을 예시한다.

다른 예로서, 폴리싱 단계 동안 폴리시 패드로부터 웨이퍼가 분리 또는 "부유"될 때(즉, "하이드로플래닝(hydroplaning)" 발생의 경우)를검출할 수 있다. 이에 관하여, 도 8은 웨이퍼가 폴리시 패드로부터 분리되는 CMP 절차를 위한 작업편 존재 신호(700)를 도시한다. 신호(700)의 특성들 및 특징들 중 다수가 신호(500)에 관련하여 상술되었다(도 6). 이런 공통적 특징들 및 특성들은 신호(700)를 위해 여기서 반복 설명되지 않는다.

신호(700)는 폴리싱 절차 동안 불연속부(702)(예를 들어, 융기부(bulge))를 포함한다. 이 불연속부(702)는 웨이퍼가 폴리시 패드로부터 이격되어 작업편 존재 센서를 향해 이동되었다는 것을 나타낸다. 그러나, 웨이퍼는 결국 폴리싱의 완료를 위해 폴리시 패드에 대해 밀어붙여진다. 이 유형의 불연속부가 폴리싱 기간 동안 검출되면, 이때 시스템은 교정 작용을 수행할 수 있다. 예로서, 시스템은 폴리싱 단계를 종결하고, 캐리어 헤드에 의해 인가된 압력을 거듭 체크하고, 캐리어 헤드에 의해 인가되는 압력을 증가시키고, 웨이퍼 버핑을 수행하는 등이다. 따라서, 도 8은 작업편 존재 신호의 속성들이 폴리싱 상태 동안 작업편 분리를 나타내는 상태를 예시한다.

다른 예로서, 폴리싱 단계 동안 웨이퍼 파괴시를 검출하는 것이 가능하다. 이에 관하여, 도 9는 웨이퍼가 파괴되는 CMP 절차를 위한 작업편 존재 신호(800)를 도시한다. 신호(800)의 다수의 특성들 및 특징들은 신호(500)에 관하여 상술되었다(도 6). 이런 공통적 특징들 및 특성들은 신호(600)에 대해 여기서 반복 설명되지 않는다.

신호(800)는 폴리싱 절차 동안 발생하는 불연속부(802)를 포함한다. 이 불연속부(802)는 웨이퍼가 파괴될 수 있다는 것을 나타낸다. 이 유형의 불연속부가 폴리싱 기간 동안 검출되면, 이때 시스템은 교정 작용을 취할 수 있다. 예로서 시스템은 CMP 시스템 구성요소에 대한 손상을 방지하도록 즉시 폴리싱을 중단시킬 수 있다. 따라서, 도 9는 작업편 존재 신호의 속성들이 파괴된 작업편 상태를 나타내는 상황을 예시한다. 실시시, 검출된 속성은 폴리싱 기간 동안 예상되는 기저선 전압의 변동에 대응할 수 있다. 대안적으로(또는 부가적으로), 검출된 속성은 임계 구배를 초과하는 신호(800)의 구배일 수 있다. 이 실시예에서, 정상적 폴리싱 기간 동안의 신호(800)의 구배는 비교적 낮다(이상적으로, 0). 그러나, 폴리싱 동안 웨이퍼가 파괴되는 경우, 이때, 신호(800)의 구배는 매우 짧은 시간 기간 내에 크게(양으로 또는 음으로) 증가할 수 있다. 본 예에서, 시스템은 도 9에 점선으로 표시된 구배를 검출하도록 구성될 수 있다.

상술한 예들에 의해 예시된 바와 같이, 작업편 존재 신호의 속성들 또는 특성들은 CMP 시스템의 비정상 또는 일반적 동작 조건들 또는 상태들을 결정하고, 교정 또는 대응 작용들을 개시하도록 분석될 수 있다. 속성(들)은 캐리어 헤드 상의 작업편의 부적절한 적재, 폴리싱 동안 발생하는 작업편 파괴, 적재/비적재 동안 작업편의 취득 소실, 폴리시 패드로부터의 작업편 분리 등을 나타낼 수 있지만 이에 한정되지는 않는다. 작업편 검출 센서는 이들 다양한 상태들을 나타내는 특성들을 갖는 출력 신호를 발생시키도록 적절히 구성된다. 다시 도 10을 참조하면, 테스크(412)는 검출된 속성(들)에 의해 영향을 받을 수 있다. 예로서, 작업편 존재 신호가 웨이퍼의 부적절한 적재를 나타내는 경우, 이때, CMP 제어 절차(400)는 적절한 경고 메시지를 발생, 경고, 지시 플래그 등을 발생시킬 수 있다. 대안적으로(또는 부가적으로), 절차(400)는 문제를 교정하기 위한 시도로 캐리어 헤드 상의 웨이퍼의 재적재를 개시할 수 있다. 다른 예로서, 작업편 존재 신호가 비적재 동안 웨이퍼의 취득 소실을 나타내는 경우, 이때, 절차(400)는 비적재 절차를 종결하고, 및/또는 진행 이전에 웨이퍼 재취득을 시도할 수 있다. 또 다른 예로서, 작업편 존재 신호가 폴리싱 동안 작업편이 파괴된 가능성을 나타내는 경우, 이때, 절차(400)는 폴리싱 절차를 중단시킬 수 있다.

연속적 아날로그 출력(본 명세서에 설명된 바와 같이)을 갖는 작업편 존재 신호는 또한 프로세스 종점을 동적으로 검출 또는 계산하기 위해, 절차가 일 상태로부터 다른 상태로의 전이(예를 들어, "벌크" 폴리싱 프로세스로부터 "소프트" 폴리싱 프로세스로)를 필요로 할 때를 결정하기 위해, 캐리어 헤드의 기낭 내의 압력을 조정할 필요가 있는지를 결정하기 위해, CMP 프로세스 레시피를 동적으로 조정하기 위해, 등등을 위해 사용될 수도 있다. 또한, 여기에 설명된 기술들 및 방법들은 또한 다른 CMP 감시 및 제어 시스템들, 예를 들어, 종점 검출(예로서, 광학적 반사도 측정), 막 두께 측정(예로서, 와전류 측정) 등과 조합될 수도 있다.

상술한 바와 같이, CMP의 특정 실시예들은 웨이퍼의 존재를 나타내는 아날로그 출력을 발생시키는 용량형 센서를 사용할 수 있다. 도 11은 CMP 시스템(902) 내에 배치된 예시적 용량형 센서(900)를 예시하는 개략적 회로도이다. 도 11은 CMP 시스템(902)의 시스템 새시(904)의 일부를 도시한다. 시스템 새시(904)의 전위는 CMP 시스템의 새시 접지를 나타낸다. CMP 시스템(902)은 또한 파워 서플라이(906), 용량형 센서(900)를 위한 드라이버 회로(908), 전도성 장착 구조체(909) 및 커패시터들(910/912)을 포함한다. 비록, 도 11에 별개로 도시되어 있지는 않지만, CMP 시스템(902)은 용량형 센서(900)의 장착 플랫폼으로서 기능하는 캐리어 헤드(상술한 바와 같이 구성됨)를 포함한다. 본 실시예에서, 캐리어 헤드는 웨이퍼(916)의 보유 및 처리를 용이하게 하는 기낭(914)을 포함한다. 부가적으로, 장착 구조체(909)는 캐리어 헤드 및 연계된 공압 조립체를 위한 장착판으로서 구성된다. 실시시, 장착 구조체(909), 용량형 센서(900), 기낭(914) 및 캐리어 헤드 자체는 CMP 시스템(902)의 동작 동안 함께 이동 및 회전한다.

특정 실시예들에서 24 VDC를 제공하는 파워 서플라이(906)는 드라이버 회로(908)에 결합된 양 단자와, 시스템 새시(904)(새시 접지를 제공하는)에 결합된 음 단자를 갖는다. 드라이버 회로(908)는 인쇄 회로 조립체, 인쇄 회로 보드 등으로 구현될 수 있다. 파워 서플라이(906)에 의해 급전되는 드라이버 회로(908)는 용량형 센서(900)를 위한 활성화 신호들을 발생시키도록 적절히 구성된다. 부가적으로, 드라이버 회로(908)는 용량형 센서(900)로부터 복귀 신호들을 수신 및 처리하도록 적절히 구성된다. 특정 실시예들에서, 드라이버 회로(908)는 임피던스 격리 회로 또는 배열을 포함하거나 그와 협력할 수 있다. 임피던스 격리 회로는 용량형 센서가 낮은 출력 임피던스를 갖고, 대응 아날로그 입력 회로가 낮은 입력 임피던스를 갖는 구현예들에 사용될 수 있다. 실시시, 임피던스 격리 회로는 용량형 센서의 출력부와 아날로그 입력 회로 사이에 동작 증폭기를 채용할 수 있다.

커패시터(910)는 장착 구조체(909)와 용량형 센서(900)의 공통(접지) 단자 사이에 연결된다. 이는 케이블링, 배선 및 적절한 연결 단자들을 사용하여 달성될 수 있다. 일 실시예에서, 커패시터(910)는 47 nF 커패시터이다. 본 실시예에서, 커패시터(912)는 드라이버 회로(908)의 공통(접지) 단자와 시스템 새시(904) 사이에 연결된다. 이는 케이블링, 배선 및 적절한 회로 보드 연결 단자를 사용하여 달성될 수 있다. 일 실시예에 대해, 커패시터(912)는 47 nF 커패시터이다. 커패시터들(910/912)은 센서 신호들의 품질 및 안정성을 향상시키는 파워 서플라이(906)를 위한 AC 전류 경로들을 제공한다. 예로서, CMP 시스템(902) 동작 동안, 일부 AC 전류는 용량형 센서(900)로부터 웨이퍼(916)로, CMP 시스템(902)에 의해 유지된 물(922)을 통해 그리고 시스템 새시(904)로의 경로(참조 번호 920으로 표시됨)를 따른다. 도 11은 웨이퍼(916)와 시스템 새시(904) 사이의 저항으로서 물(922)을 도시한다. 부가적으로, 일부 AC 전류는 용량형 센서(900)로부터, 웨이퍼(916)로, 물(922)을 통해, 전도성 장착 구조체(909)로, 그리고, 커패시터(910)를 통한 경로(참조 번호 924로 표시됨)를 따르며, 이는 용량형 센서(900)의 접지에서 종결된다. 또한, 일부 AC 전류는 용량형 세서(900)로부터 웨이퍼(916)로, 물(922)을 통해, 시스템 새시(904)로, 그리고, 커패시터(912)를 통한 경로(참조 번호 926으로 표시됨)를 따르며, 이는 드라이버 회로(908)의 접지에서 종결된다.

이 회로 배열 및 커패시터들(910/912)의 사용은 더 많은 AC 전류(용량형 센서(900)를 구동하기 위해 사용됨)가 파워 서플라이(906)로 복귀하게 한다. 이는 측정된 센서 신호 내의 노이즈를 감소시키며, 상술한 존재 검출의 정확성을 향상시킨다. 커패시터(910/912)는 캐리어 헤드가 회전하는지 여부에 무관하게 그 각각의 전도성 경로들 내에 남아 있으며, 따라서, CMP 사이클 전반에 걸쳐 일정한 출력 신호 품질을 제공한다.

적어도 하나의 실시예가 상술한 상세한 설명에 제시되었지만, 방대한 수의 변형들이 존재한다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 여기에 설명된 예시적 실시예 또는 실시예들은 어떤식으로도 청구된 주제의 범주, 응용성 또는 구성을 제한하기 위한 것은 아니라는 것도 인지하여야 한다. 오히려, 상술한 상세한 설명은 본 기술의 숙련자들에게 설명된 실시예 또는 실시예들을 실시하기 위한 편리한 로드 맵을 제공하는 것이다. 본 특허 출원의 출원시 알려진 균등물들 및 예측가능한 균등물들을 포함하는 청구범위에 의해 정의된 범주로부터 벗어나지 않고, 요소들의 기능 및 배열에 다양한 변경들이 이루어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (26)

1. 작업편을 지지하기 위한 캐리어 헤드에 있어서,
   본체와,
   상기 본체에 결합되고, 작업편을 보유하도록 구성된 구조체와,
   상기 본체에 결합되고, 상기 캐리어 헤드에 대한 작업편 존재 상태를 나타내는 아날로그 출력 신호를 발생시키도록 구성된, 용량형 센서를 포함하는 캐리어 헤드.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 작업편 존재 상태는 작업편 비적재 상태, 작업편 적재 상태 및 적어도 하나의 작업편 처리도중 상태를 포함하는 캐리어 헤드.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 용량형 센서의 아날로그 출력은 물의 존재에 둔감한(insensitive) 캐리어 헤드.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 용량형 센서는 상기 작업편과 상기 용량형 센서 사이의 거리에 따라 변하는 크기를 갖는 출력 전압을 발생하도록 구성되는 캐리어 헤드.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 용량형 센서는 상기 작업편 비적재 상태에 대응하는 제1 전압과 상기 작업편 적재 상태에 대응하는 제2 전압 사이의 연속적 범위의 출력 전압들을 발생시키도록 구성되는 캐리어 헤드.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 작업편 처리도중 상태는 작업편 버핑상태를 포함하고,
   상기 용량형 센서는 상기 작업편 버핑 상태를 나타내는 특성들을 갖는 출력 신호를 발생시키도록 구성되는 캐리어 헤드.
7. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 작업편 처리도중 상태는 작업편 폴리싱 상태를 포함하고,
   상기 용량형 센서는 상기 작업편 폴리싱 상태를 나타내는 특성들을 갖는 출력 신호를 발생시키도록 구성되는 캐리어 헤드.
8. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 작업편 처리도중 상태는 작업편 퍼지 상태를 포함하고,
   상기 용량형 센서는 상기 작업편 퍼지 상태를 나타내는 특성들을 갖는 출력 신호를 발생시키도록 구성되는 캐리어 헤드.
9. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 작업편 처리도중 상태는 작업편 소실 경고 상태를 포함하고,
   상기 용량형 센서는 상기 작업편 소실 경고 상태를 나타내는 특성들을 갖는 출력 신호를 발생시키도록 구성되는 캐리어 헤드.
10. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 작업편 처리도중 상태는 폴리싱 상태 도중의 작업편 분리를 포함하며,
    상기 용량형 센서는 폴리싱 상태 도중의 상기 작업편 분리를 나타내는 특성들을 갖는 출력 신호를 발생시키도록 구성되는 캐리어 헤드.
11. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 작업편 처리도중 상태는 파괴된 작업편 상태를 포함하며,
    상기 용량형 센서는 상기 파괴된 작업편 상태를 나타내는 특성들을 갖는 출력 신호를 발생시키도록 구성되는 캐리어 헤드.
12. 작업편의 화학 기계 평탄화(CMP) 절차를 제어하는 방법에 있어서,
    CMP 시스템의 캐리어 헤드에 대한 상기 작업편의 근접도를 나타내는 작업편 존재 신호를 획득하는 단계와,
    상기 작업편의 CMP 절차 상태를 나타내는, 작업편 존재 신호의 속성을 식별하는 단계와,
    상기 속성에 의해 지시된 방식으로 상기 CMP 시스템의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 제어 방법.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 작업편 존재 신호를 사용하여 상기 CMP 절차를 감시하는 단계를 더 포함하는 제어 방법.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 속성은 상기 캐리어 헤드 상의 상기 작업편의 부적절한 적재를 나타내고,
    상기 CMP 시스템의 동작을 제어하는 단계는 부적절한 적재의 경보를 발생시키는 단계를 포함하는 제어 방법.
15. 제 12 항에 있어서, 상기 속성은 상기 캐리어 헤드 상의 상기 작업편의 부적절한 적재를 나타내고,
    상기 CMP 시스템의 동작을 제어하는 단계는 상기 캐리어 헤드 상의 상기 작업편의 재적재를 개시하는 단계를 포함하는 제어 방법.
16. 제 12 항에 있어서, 상기 속성은 상기 작업편의 폴리싱 도중 발생하는 파괴된 작업편을 나타내고,
    상기 CMP 시스템의 동작을 제어하는 단계는 상기 작업편의 폴리싱을 중단시키는 단계를 포함하는 제어 방법.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 속성은 임계 구배(slope)를 초과하는 상기 작업편 존재 신호의 구배인 제어 방법.
18. 제 12 항에 있어서, 상기 속성은 상기 작업편의 비적재 동안 상기 작업편의 취득 소실을 나타내고,
    상기 CMP 시스템의 동작을 제어하는 단계는 상기 작업편의 비적재를 중단시키는 단계를 포함하는 제어 방법.
19. 제 12 항에 있어서, 상기 속성은 상기 작업편의 폴리싱 도중 폴리시 패드로부터의 작업편의 분리를 나타내는 제어 방법.
20. 제 12 항에 있어서, 상기 캐리어 헤드 내의 용량형 센서로 상기 작업편 존재 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하고, 상기 용량형 세서는 웨이퍼 존재 상태를 나타내는 아날로그 출력을 발생시키도록 구성되는 제어 방법.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 작업편 존재 신호를 발생시키는 단계는 상기 작업편과 상기 용량형 센서 사이의 거리에 따라 변하는 크기를 갖는 출력 전압을 발생시키는 단계를 포함하는 제어 방법.
22. 제 20 항에 있어서, 상기 작업편 존재 신호를 발생시키는 단계는 작업편 비적재 상태에 대응하는 제1 전압과 작업편 적재 상태에 대응하는 제2 전압 사이의 연속적 범위의 출력 전압들을 발생시키는 단계를 포함하는 제어 방법.
23. 화학 기계 평탄화(CMP) 시스템에 있어서,
    작업편을 폴리싱하기 위한 폴리시 패드와,
    평탄화 동안 상기 폴리시 패드에 대해 상기 작업편을 보유하고, 상기 폴리시 패드로의, 그리고, 상기 폴리시 패드로부터의 이송 중에 상기 작업편을 보유하도록 구성된 캐리어 헤드와,
    상기 캐리어 헤드에 결합되고, 상기 캐리어 헤드에 대한 상기 작업편의 근접도를 나타내는 작업편 존재 신호를 발생시키도록 구성된, 용량형 센서와,
    상기 용량형 센서에 결합되고, 상기 작업편 존재 신호를 수신하고, 상기 작업편 존재 신호의 속성들과 관련된 CMP 절차를 검출하고, 속성들에 관련한 검출된 CMP 절차에 반응하여 CMP 시스템의 동작을 제어하도록 구성된 처리 아키텍쳐를 포함하는 화학 기계 평탄화 시스템.
24. 제 23 항에 있어서, 상기 용량형 센서는 상기 작업편과 상기 용량형 센서 사이의 거리에 따라 변하는 크기를 갖는 출력 전압을 발생시키도록 구성되는 화학 기계 평탄화 시스템.
25. 제 23 항에 있어서, 상기 용량형 센서는 작업편 비적재 상태에 대응하는 제1 전압과, 작업편 적재 상태에 대응하는 제2 전압 사이의 연속적 범위의 출력 전압들을 발생시키도록 구성되는 화학 기계 평탄화 시스템.
26. 제 23 항에 있어서, 상기 처리 아키텍쳐는 상기 작업편 존재 신호를 사용하여, CMP 절차 동안의 비정상 동작 상태들을 검출하도록 구성되는 화학 기계 평탄화 시스템.
    

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